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归国10年力克卡脖子难题,大洋彼岸仍有他的传说

廖良生在OLED发光面板产品老化测试车间。受访者供图

导读:

      2009年前后,美国柯达公司叠层发光二极管技术解决了OLED的“卡脖子”难题,迅速引爆市场,而这一重磅技术背后,有着华人科学家廖良生的传说。

温才妃 | 撰文

有机发光二极管(OLED)发明人邓青云60岁退休时,美国柯达公司部门高管给了他这样的评价:“邓青云为柯达做了两件好事,一件是发明了OLED,另一件是从中国招聘了Larry。”

OLED给全球显示技术带来了狂欢,可Larry又是谁?

Larry的中文名是廖良生。虽然他在2009年离开柯达加入苏州大学功能纳米与软物质研究院,但在柯达同事中一直留有他的传说。

时值苏州大学功能纳米与软物质研究院建院15周年之际,往事如昔,浮上廖良生心头。

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另辟蹊径破难题

邓青云在1982年发明了OLED,但始终没有很好解决OLED亮度与寿命对冲的难题。本世纪初,OLED屏至多只能做到2个手机屏(5.5英寸)大小,且屏幕连续点亮50多个小时后,亮度就会明显下降,难以满足应用要求。柯达花了10多年攻关,始终无法破解这一难题。

一次国际会议上的一番长谈后,邓青云邀请廖良生加入柯达。此前廖良生从复旦大学到香港城市大学做特邀研究员,跟着邓青云的前同事、中国科学院院士李述汤做OLED相关研究。

廖良生没有留过学,一直用勤奋吃苦的方式往前追赶。在柯达,美国人朝八晚五,他朝七晚七,周六也不休息,努力将OLED技术往前推进。

在研究中,他发现:“大家的注意力始终集中在如何把一个发光层做好,为什么不把多个发光层叠在一起?”他想,这样亮度高、寿命长、尺寸大的显示屏就可以实现了。“这就好比一个人挑100斤粮食,走到半路就累了,我让两个人各挑50斤,岂不走得更远?”

能够另辟蹊径,廖良生认为离不开专业背景和思维模式——半导体物理专业出身,而破解难题的关键点,正是半导体物理和电子学知识的结合。此外,发散性思维也很重要。小时候他出于好奇,用触电方式捕杀过老鼠、偷摘别人家的酸橘子喂猫,却偶然在初中全年级数学考试中拔得头筹,由此引发了对数理化的兴趣。当没有被约束过的思维与浓厚的兴趣、扎实的学术功底相遇,一切都刚刚好。

可是,当他兴奋地把这个想法报告给邓青云时,两人却争得面红耳赤。

“你连电子学的基本概念都没有。”

“正是有电子学概念,我才提出这个方案。”

“用你的方式,两个发光单元中间蒸镀一层金属就够了。”

“肯定不行!我们不必争了,用实验来验证好不好?”

……

最后,几经周折,廖良生的实验终于成功了。邓青云也大大方方承认:“Larry你是对的。”

叠层发光二极管解决了OLED的“卡脖子”难题,一项引爆千亿级市场的技术就要在柯达实施。然而,一纸传票又将柯达与日本某公司推向了风口浪尖。

39天——柯达比日本公司的专利申请只早了39天。眼看着千亿级市场中的重要知识产权就要落空,日本公司再也坐不住了,他们认为是公司的科研人员无意中在学术会议上泄密,才使得柯达抢先一步实现技术突破,于是一纸传票将柯达告上法庭。

“当时的氛围严肃紧张,如果败诉,柯达OLED的商业化道路不仅会受阻,还要赔偿日方5000万美元。”廖良生将所有研究资料封存起来送到公司法务部门,再由他们转交日方的专利代理人审核。“看了我提交的资料,日方竟主动撤诉了。”

柯达赢了。廖良生攻克了OLED高亮度、长寿命、大尺寸发光的“卡脖子”难题,将OLED器件的寿命从50小时提高到10万多小时。世界上所有的OLED电视、OLED照明、OLED汽车尾灯,从此由样机变为了现实。

继邓青云发明的OLED之后,叠层OLED成为柯达第二项最重要的OLED相关发明。2020年在柯达市场价值最高的OLED专利排名中,廖良生作为第一发明人的专利包揽了第一名、第二名、第五名、第十名。

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做有用的研究

罗切斯特城位于美国纽约州,其北面是安大略湖,开车一小时可达水牛城,举世闻名的尼亚加拉瀑布就位于此。每年11月到次年4月是雪季,廖良生家的车道旁堆满了战壕一般高的白雪。春天,这里是紫丁香的花海,世界各地各个品种的紫丁香在他家后院一网之隔的公园中争妍斗奇。

舒适的生活条件,让朋友们一度以为廖良生此生将定居美国。

那是2008年,廖良生在家中接到了一通李述汤打来的电话。李述汤在苏州大学前校长朱秀林的邀请下,计划前往该校创建功能纳米与软物质研究院。他希望廖良生回国一起创建该研究院。

就廖良生回国的问题,邓青云与李述汤这对相识几十年的老友发生了激烈争吵。

“Larry留在柯达没有任何问题,裁员不会从顶层刷人,只会从底层开始,怎么裁员也轮不到Larry。”

“Larry回到中国,可以在科研上有更多的发展空间。中国人要在中国的土地上,做出令人骄傲的事情来。”

李述汤的话直击廖良生内心深处。虽然在柯达有较好的位置,也深受大家尊重,但他做事非常谨慎。“就像坐在汽车的副驾驶位上,你没有能力掌握人生的方向盘,说不定哪一天,连坐副驾驶位的资格都没有了。”廖良生说。

回国报效、发挥所长,是赴美多年的廖良生的夙愿,也是熨平他心中不踏实感的最佳选择。

李述汤和廖良生发现,柯达在OLED上的收益有限,但基于柯达OLED技术做装备的日本公司早已赚了10多年。他俩把目光对准了真空蒸镀装备,并在苏州市成立了方昇光电装备有限公司。

“柯达的经验告诉我,要做有用的研究。尽管暂时看不到经济效益,公司也会支持具有市场前景的创新研究。”廖良生告诉《中国科学报》,“我们提倡做从基础到应用的全链条研究,出发点是希望研究成果在5至15年后能对国家的发展产生经济、社会效益。”

10年后,廖良生没有辜负李述汤的期许,又在国内解决了一个“卡脖子”难题。

由廖良生主持设计制造的我国首条OLED蒸镀生产线,填补了OLED装备的国产化空白。真空蒸镀机是OLED生产线的“心脏”,也是我国“卡脖子”技术之一。此前,我国逾3000亿元的20多条OLED生产线装备全部依赖进口,因其重要,韩国拟限制OLED装备出口。

它像一个“回”字形,全长50米。370毫米×470毫米的玻璃基板依次进入真空腔体,连续自动进行叠层OLED的制造,装备可连续运转144小时,每150秒完成一块发光面板的制造。

“6个发光单元的叠层OLED的有机层总厚度约1微米,是一根头发直径的1/70。每一层薄膜的厚度误差不超过3%,其难度犹如在850平方米的地面上刷一层1毫米的涂料,厚度误差不能超过30微米。”廖良生介绍道。

用国产材料和自主装备制造的OLED汽车尾灯,没有闪烁的刺眼感,安全可视距离增加,使用时长达50万小时,远超10万小时的使用要求;OLED照明面板的光谱接近大自然光线,蓝光含量低,不会对眼睛中的黄斑区产生不可逆转的伤害,演员试装、化妆不会因为光线产生视觉偏差,博物馆文保也不会因蓝光过多导致文物被漂白;自主设计制造的硅基OLED微显示器如指甲盖大小,却在国防安全、VR/AR设备上大有用途。

“你想要做一个东西,就要认认真真去完成它,即便半途有更吸引人的东西出现,也不能轻易转头追逐热点。”这是廖良生的行事风格,而集成OLED材料、器件和装备的创新成果,实现OLED自主产业化,正是他始终坚持的主要方向。

我国首条国产OLED 蒸镀生产线。受访者供图

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差点被“退货“?

“如果你抑郁,要去红光环境中调节自己。红光能够照射到人体皮肤和眼球更深处,容易让人血液循环加快,产生兴奋感。”“穿一身红,不如6分主色、3分辅色、1分点缀色,不然很容易产生审美疲劳。”

在苏州大学,廖良生主动要求开设的新生研讨课《影响情绪与视觉的多彩光源》,吸引了艺术、音乐、建筑学院的学生前来听物理老师讲光与情绪、美学、健康的关系。学生们说:“廖老师的课融入了他多年来对光学、色彩心理学、艺术、医学等的思考,别的课上轻易听不到。”

很难说清楚,是哪个契机激发了他源源不断的跨学科思考,也许是因为发散性思维,也许是因为他对健康的特别关注。

幼时患过的小儿麻痹症,给廖良生带来了永久残疾。出生在江西省遂川县钨矿上,“挑担子挑不赢人家”,廖良生只能好好学习。好在他争气,成绩总是名列前茅。

因腿脚问题,上山下乡没有他的份儿,别人哭着不去,廖良生闹着要去。月光下摸黑收稻谷,带头挑回168斤重的柴火……他这个知青队长成了全省“扎根农村干革命”的典型。“很多人觉得这段经历是浪费时间,我却从不这样认为,它对我的意志磨炼非常重要。”

1977年恢复高考,廖良生被江西大学(南昌大学前身)正式录取前,县招生办认为他不够格,“大学生的身体要像当兵的人一般健康”。一位领导站出来为他说话:“他坚持4年在农村种田,去的又不是地质、矿产等专业,为什么不行?”

开学体检,廖良生没通过。他苦苦哀求,据理力争。争论到学院里,书记让他走几步路看看。“走路没问题呀!”书记很开明地“放行”了。

一次次被险些“退货”而压抑的情绪,终于在入学后爆发。从大学第一天起,为了学习,廖良生成了“玩命之徒”,凌晨1点睡、早晨6点前起,同寝室舍友说“大学四年就没见过他晚上入睡的样子”。

人生的每一步都不会白走,坚韧与努力伴随着廖良生的一生,对健康的关注也渗透到他的日常与科研中。

如今,光源对健康的影响正是廖良生的科研方向之一。同行多把光转化为电,而他把电转化为光。2022年,廖良生团队与合作者率先获得发光峰达1000纳米的有机电致发光。《自然-光子学》的审稿人评价认为,该研究是有机电致发光进入近红外II区(1000至1700纳米)的里程碑。

不久前,在光泵浦条件下,他们又率先获得波长为860纳米的有机微纳晶体激光。这让廖良生团队很兴奋,因为这些突破让光通信、红外探测、光动力治疗、生物探针等有了更多想象的空间。

不只是科研,生活中他也是一名“绿色爱好者”。他让大家尽量远离塑料的食品容器。每天中午,他都会拿出夫人为他精心搭配的健康营养餐,里面是芹菜、胡萝卜、鸡肉等。学生觉得太清淡,可他却总是津津有味地咀嚼着,不知道的人还以为里面盛满了怎样的珍馐佳肴。

本文于2023年7月13日首发于《中国科学报》,《赛先生》获授权转载。

发布于:广东

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